调频串联谐振试验装置工作原理.pdf

调频串联谐振试验装置工作原理 大电容量的电气设备（如大型发电机组、电力变压器、电力电容器、GIS、 电力电缆等）在一定频率范围内的绝缘耐受与工频耐压具有一定的等效性， 这样就为利用调频试验装置的电感与被试品的电容串联产生谐振电压来进 行交流耐压试验提供了可能，且由于试验装置的励磁电压低、重量轻，非常 方便于在施工现场使用。现就调频串联谐振试验装置的原理、特点和在实际 应用中的几点体会进行阐述。 一、调频串联谐振试验装置原理 发生串联谐振的基本原理是：在R-L-C 电路中（如图1 所示） 由电工知识得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，当LRC 串联回路中的感抗与试品容抗相等时，电感中的磁场能量与试品电容中的电 场能量相互补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只提供回路 的有功损耗。电源电压与谐振回路电流同相位，电感上的电压降与电容上的 压降大小相等，相位相反。由图1 可知，当 ωL=1/ωc，回路的谐振频率 f=1/2π √LC，也就是说，电路发生串联谐振，电源提供很小的励磁电压， 试品上就能得到很高的电压,电源频率为谐振频率。 二、调频串联谐振试验装置的特点 利用串联谐振原理在回路中产生高电压,一般频率为30~300Hz。串联谐 振高压发生器原理如下图2 表示： 1 当电源频率（f）、电感（L）及被试设备电容（C）满足下式时回路处 于串联谐振状态此时：f=1/2π √LC，回路中电流为I=Ulx/R,被试设备电压 为Ucx=I/ωCx 输出电压与励磁电压之比为试验回路的品质因数： Q=Ucx/Ulx= （ωL）/R，由于试验回路中电阻R 很小，故试验回路品质因数 很大。一般正常时可达50 以上，既输出电压是励磁电压50 倍，因此用较低 容量的试验变压器就能得到较高的试验电压。这样就解决了在一般的交流耐 压试验中试验变压器容量不能满足试验要求的问题。而此时电容量与电感的 关系为ωL=1/ωc，因为对某个试品而言，电容量是固有的，试验用可调电 感的价格也非常昂贵，因此解决问题的途径就引到了改变电源频率回路的谐 振频率，在初始电压下调节回路的频率，观察Uc 的变化达最大值时，增加 或减小频率时谐振电压都要下降，这时的频率为谐振频率，这时的电压为谐 振点电压，增加励磁电压就能升高谐振电压，从而达到试验电压目的。另外， 由于试验回路是处于谐振状态，回路本身具有良好的滤波作用，电源波形中 的谐波分量在设备两端大为减小，从而输出良好的正弦波形。当试品放电或 击穿时，即回路中等值电容被短路，谐振条件被破坏，电压明显下降，恢复 电压上升缓慢，试品上不发生暂态过电压，且电源供给的短路电流受到电抗 的限制而减少，从而限制被试设备的损坏程度。 三、调联串联谐振试验装置的几点应用 山东某热电厂155WM 发电机，使用变频串联谐振试验装置进行工频交流 2 耐压的实验，测得发电机一相定子绕组对地电容285nF，根据工频耐压50HZ 的要求，需要定做两个标准电感L1=L2=14H，如图3 所示。信息来源： 耐压试验时，根据计算频率在初始电压下进行调频。首先检查接地，串 联谐振接地必须良好，试验设备接地点与发电机铁心接地点连在一起一同接 地。另外，测温元件与发电机转子也要保护接地，但是开始调频实验时结果 不太理想，频率达不到工频要求，断开电源后检查外部连线正确，怀疑两个 电抗器摆放位置的影响，由于两个电抗器互感作用，使感抗值发生了变化， 重新调整电抗器的距离、位置，找到工频50HZ 谐振点，开始升压，升到允 许耐压值后，保持一分钟，工频耐压试验顺利通过。通过此次试验使得在大 型高压电机的耐压试验方面积累宝贵经验。 四、变频串联谐振试验装置进行耐压试验注意事项 4.1、试验频率的调整 对试验装置与被试品构成的回路，其谐振频率是确定的，有时可能会出 现被试品频率不能满足试品所要求的频率。由公式：ωL=1/ωC，为满足频 率要求，有调节电感和改变电容量两个办法，但由于可调电感的设备价格相 对要高得多，为此选择用并联电容的办法（如图4 所示）。 3 在施工现场，并联电容的来源有耦合电容器、开关的断口电容器等。在 选用并联电容时，必须考虑并联电容器能够